Z´akladn´ı chemick´e z´akony Chemick´e z´akony, l´atkov´e mnoˇzstv´ı, atomov´a a molekulov´a hmotnost, stechiometrick´y vzorec, platn´e ˇc´ıslice
http://z-moravec.net
1 / 10
Z´akony zachov´an´ı
I
Z´akon zachov´an´ı hmoty I I
I
Z´akon zachov´an´ı energie I
I
Lavoisier, 1785 Hmota se netvoˇr´ı, ani nem˚ uˇze b´yt zniˇcena Energii nelze ani vyrobit, ani zniˇcit, lze ji pouze pˇremˇenit na jin´y druh energie.
Z´akon zachov´an´ı hmoty a energie I I I I
Ekvivalence hmoty a energie je d´ ana rovnic´ı E = mc 2 u = 1.66.10−27 kg = 931.4MeV = 1.49.10−10 J Uzavˇren´ a soustava - hmotnost a energie v soustavˇe je konstantn´ı Otevˇren´ a soustava - hmotnost v soustavˇe je konstantn´ı a energie se vymˇen ˇuje s okol´ım
2 / 10
Z´akon st´al´ych pomˇer˚ u sluˇcovac´ıch
I
Louis Joseph Proust, 17991
I
Hmotnost vˇsech l´atek do reakce vstupuj´ıc´ıch je rovna hmotnosti vˇsech reakˇcn´ıch produkt˚ u.
I
1,00 g uhl´ıku pˇri hoˇren´ı vˇzdy spotˇrebuje 2,66 g kysl´ıku a vznikne 3,66 g oxidu uhliˇcit´eho.
I
C + O2 −−→ CO2
1 Proust,
J.-L. (1799). Researches on copper, Ann. chim., 32:26-54. 3 / 10
Z´akon n´asobn´ych pomˇer˚ u sluˇcovac´ıch I
John Dalton, 1808
I
Tvoˇr´ı-li spolu dva prvky v´ıce slouˇcenin, pak hmotnosti jednoho prvku, kter´y se sluˇcuje se stejn´ym mnoˇzstv´ım prvku druh´eho, jsou vz´ajemnˇe v pomˇerech, kter´e lze vyj´adˇrit mal´ymi cel´ymi ˇc´ısly. Slouˇcenina
m (N) [g]
m (O) [g]
m(O)N2 O m(O)Nx Oy
N2 O NO N2 O3 NO2 N2 O5
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
0,57 1,14 1,72 2,28 2,85
1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
I
Daltonidy - slouˇceniny, kter´e splˇ nuj´ı z´akon n´asobn´ych pomˇer˚ u sluˇcovac´ıch.
I
Bertolidy - nestechiometrick´e slouˇceniny, napˇr. pyrhotin, miner´al s pˇribliˇzn´ym vzorcem Fe1−x S, kde x = 0 − 0, 2. 4 / 10
Z´akon objemov´ych pomˇer˚ u sluˇcovac´ıch
I
Gay-Lussac, 1805
I
Pˇri st´al´em tlaku a teplotˇe jsou objemy plyn˚ u vstupuj´ıc´ıch spolu do reakce, popˇr´ıpadˇe t´eˇz objemy plynn´ych produkt˚ u reakce, vˇzdy ve stejn´em pomˇeru, kter´y je moˇzno vyj´adˇrit mal´ymi cel´ymi ˇc´ısly.
I
1 dm3 kysl´ıku se slouˇc´ı s 2 dm3 vod´ıku za vzniku 2 dm3 vody.
I
O2 + 2 H2 → 2 H2 O
5 / 10
Avogadr˚ uv z´akon
I
Amadeo Avogadro
I
Stejn´e objemy vˇsech plyn˚ u obsahuj´ı za stejn´eho tlaku a teploty vˇzdy stejn´y poˇcet molekul. m1 ρ1 V m2 ρ2 V Avogadrova konstanta: NA = 6, 022.1023 ˇc´astic. Jej´ı hodnotu stanovil roku 1865 rakousk´y chemik Johan Josef Loschmidt.
I
I
I I
=
L´atkov´e mnoˇzstv´ı: n = poˇcetNAˇc´astic =
m M
Mol´arn´ı objem: Vm = 22, 414dm3 . Objem 1 molu plynu za standardn´ıch podm´ınek.
6 / 10
Atomov´a, molekulov´a a mol´arn´ı hmotnost I
I
I I
I I
I
I
I
Hmotnost atomu je d´ana pˇredevˇs´ım poˇctem proton˚ u a neutron˚ u v j´adˇre, hmotnost elektron˚ u je zanedbateln´a. Hmotnost atomu je velmi mal´e ˇc´ıslo, napˇr. hmotnost 126 C je 1, 99.10−26 kg. Proto tuto hmotnost vztahujeme na atomovou 1 hmotnostn´ı jednotku, kter´a je rovna 12 hmotnosti nuklidu 126 C. u = 1,661.10−27 kg; Ar = mu Relativn´ı atomov´ a hmotnost (Ar ) je d´ana hmotnostn´ım pomˇerem atomov´ych hmotnost´ı jednotliv´ych izotop˚ u prvku. Chlor: 35 Cl (75,529 %), 37 Cl (24,471 %) Ar (Cl) = w (35 Cl) · Ar (35 Cl) + w (37 Cl) · Ar (37 Cl) = 0, 75529 · 34, 97 + 0, 24471 · 36, 97 = 35, 45 Relativn´ı molekulov´ a hmotnost (Mr ) prvku nebo slouˇceniny je rovna souˇctu Ar vˇsech atom˚ u v molekule. Mol´ arn´ı hmotnost (M) l´atky je rovna pod´ılu hmotnosti a l´atkov´eho mnoˇzstv´ı. M = mn [g .mol −1 ]
1 IUPAC 2 NIST
Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements 7 / 10
Stechiometrick´y vzorec I
Stechiometrick´ y vzorec vyjadˇruje pomˇer zastoupen´ı prvk˚ uv molekule. Z´ısk´ame jej napˇr. z element´arn´ı anal´yzy.
I
Uzav´ır´ame jej do sloˇzen´ych z´avorek {}.
I
Element´arn´ı anal´yza poskytuje procentu´aln´ı zastoupen´ı prvk˚ u ve zkouman´em vzorku.
I
Stechiometrick´y vzorec nemus´ı odpov´ıdat pouze jedn´e slouˇceninˇe.
Slouˇ cenina Voda Modr´a skalice Methan Ethan Propan Benzen Ethyn
Stechiometrick´ y vzorec {H2 O} {H14 O11 SCu} {CH4 } {CH3 } {C3 H8 } {CH} {CH}
Sum´ arn´ı vzorec H2 O CuSO4 · 7 H2 O CH4 C2 H6 C3 H8 C6 H6 C2 H2
8 / 10
Stechiometrick´y vzorec Z´ısk´ an´ı stechiometrick´ eho vzorce z element´ arn´ı anal´ yzy
Element´arn´ı anal´yzou fosforeˇcnanu hlinit´eho bylo zjiˇstˇeno, ˇze obsahuje 10,22 % Al, 35,21 % P a 54,56 % O. Urˇcete stechiometrick´y vzorec slouˇceniny. Alx Py Oz Al : P : O = x.Ar (Al) : y .Ar (P) : z.Ar (O) Al : P : O = 10,22 : 35,21 : 54,56 x
:
y
:
z
=
x
:
y
:
z
=
x x
: :
y y
: :
z z
= =
10,22 Ar (Al) 10,22 26,98 0,38 1
: : : :
35,21 Ar (P) 35,21 30,97 1,14 3
: : : :
54,56 Ar (O) 54,56 16,00 3,41 9
Jedn´a se o slouˇceninu se stechiometrick´ym vzorcem AlP3 O9 . 9 / 10
Platn´e ˇc´ıslice
I
Exaktn´ı ˇ c´ısla – maj´ı nekoneˇcn´y poˇcet platn´ych desetinn´ych m´ıst, nemaj´ı chybu mˇeˇren´ı.
I
V´ ysledek mˇ eˇren´ı - poˇcet platn´ych m´ıst je d´an pˇresnost´ı mˇeˇren´ı. Nuly mezi desetinnou ˇc´arkou a prvn´ı nenulovou ˇc´ıslic´ı nejsou platn´e ˇc´ıslice. 0,000 124; 0,0105 002
I
I
I
Nuly, kter´e jsou na konci v´ysledkou mohou, ale nemus´ı b´yt platn´ymi ˇc´ıslice, z´aleˇz´ı na pˇresnosti mˇeˇren´ı. 0,010 400 0 ˇ ısla je v´yhodn´e zapisovat v exponenci´aln´ım tvaru: 1, 040.10−2 . C´
I
Pˇri n´asoben´ı a dˇelen´ı m´a v´ysledek tolik platn´ych ˇc´ıslic jako nejm´enˇe pˇresn´e ˇc´ıslo.
I
Pˇri sˇc´ıt´an´ı a odˇc´ıt´an´ı m´a v´ysledek tolik desetinn´ych m´ıst jako nejm´enˇe pˇresn´e ˇc´ıslo.
10 / 10
